PC與MCU 485多機通訊的實現(xiàn)

1、 PC與MCU 485多機通訊的實現(xiàn) 摘要本文介紹一種能利用rs-485電氣特性和簡單的結(jié)構(gòu)方式,采用自定義串行通信協(xié)議,實現(xiàn)單片機rs-485多機通訊的方法和技巧以及在宿遷市技工學(xué)?？仉娤到y(tǒng)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞控電系統(tǒng) 單片機 rs-485總線 串行通信 一、簡介 rs-485串行總線接口的傳輸信號方式為差分平衡方式,抗共模干擾的能力很強,允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中一般都采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳輸,而且一般采用rs-485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都使用max485芯片作為通信控制器或各分機的cpu。max485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單,內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接

2、收器。ro和di端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端,與單片機連接時只需分別與單片機的rxd和txd相連即可;/re和de端分別為接收和發(fā)送的使能端,當(dāng)/re為邏輯0時,器件處于接收狀態(tài);當(dāng)de為邏輯1時,器件處于發(fā)送狀態(tài),因為max485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可;a端和b端分別為接收和發(fā)送的差分信號端,當(dāng)a引腳的電平高于b時,代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當(dāng)a的電平低于b端時,代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機連接時接線非常簡單。只需要一個信號控制max485的接收和發(fā)送即可。利用單片機本身所提供的簡單串行接口,加上總線驅(qū)動器如max485等組合成簡單的rs-485通

3、訊網(wǎng)絡(luò)。本文所述的方法已成功地應(yīng)用于宿遷技?？仉娤到y(tǒng),一臺主機與25臺從機通訊,通訊波特率達64kbps。LOCALhOSt 二、rs-485方式構(gòu)成的多機通信原理 在由單片機構(gòu)成的多機串行通信系統(tǒng)中,一般采用主從式結(jié)構(gòu):從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù),一切都由主機控制。并且在一個多機通信系統(tǒng)中,只有一臺單機作為主機,各臺從機之間不能相互通訊,即使有信息交換也必須通過主機轉(zhuǎn)發(fā)。 在總線末端接一個匹配電阻,吸收總線上的反射信號,保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。 當(dāng)總線上沒有信號傳輸時,總線處于懸浮狀態(tài),容易受干擾信號的影響。將總線上差分信號的正端a+和+5電源間接

4、一個10k的電阻;正端a+和負端b-間接一個10k的電阻;負端b-和地間接一個10k的電阻,形成一個電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒有信號傳輸時,正端a+的電平大約為,負端b-的電平大約為,即使有干擾信號,卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號0,從而增加了總線抗干擾的能力。 三、通信規(guī)則 由于rs-485通訊是一種半雙工通訊,發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時刻只允許一臺單機處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機必須在偵聽到總線上呼叫信號已經(jīng)發(fā)送完畢,并且沒有其它單機發(fā)出應(yīng)答信號的情況下,才能應(yīng)答。半雙工通訊對主機和從機的發(fā)送和接收時序有嚴(yán)格的要求。如果在時序上配合不好,就會發(fā)生總線沖突,使整個系統(tǒng)的通訊癱瘓,無法正

5、常工作。要做到總線上的設(shè)備在時序上的嚴(yán)格配合,必須要遵從以下幾項原則: 1.復(fù)位時,主從機都應(yīng)該處于接收狀態(tài) sn75176芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 re*,de端控制的。re*=1,de=1時,sn75176發(fā)送狀態(tài);re*=0,de=0時,sn75176處于接收狀態(tài)。一般使用單片機的一根口線連接re*,de端。在上電復(fù)位時,由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時間,并且單片機各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài),這樣就會使總線上各個分機處于發(fā)送狀態(tài),加上上電時各電路的不穩(wěn)定,可能向總線發(fā)送信息。因此,如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號,應(yīng)該將口線反向后接入sn75176的控制端,使上電時sn7517

6、6處于接收狀態(tài)。 另外,在主從機軟件上也應(yīng)附加若干處理措施,如:上電時或正式通訊之前,對串行口做幾次空操作,清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。 2.控制端re*,de的信號的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號的寬度。 在rs-232,rs-422等全雙工通訊過程中,發(fā)送和接收信號分別在不同的物理鏈路上傳輸,發(fā)送端始終為發(fā)送端,接收端始終為接收端,不存在發(fā)送、接收控制信號切換問題。在rs-485半雙工通訊中,由于sn75176的發(fā)送和接收都由同一器件完成,并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路,必須對控制信號進行切換?？刂菩盘柡螘r為高電平,何時為低電平,一般以單片機的ti,ri信號作參考。 發(fā)送時,檢測ti是否

7、建立起來,當(dāng)ti為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能; 接收時,檢測ri是否建立起來,當(dāng)ri為高電平后,接收完畢,又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。 在理論上雖然行得通,但在實際聯(lián)調(diào)中卻出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)時對時錯的現(xiàn)象。根據(jù)查證有關(guān)資料,并在聯(lián)調(diào)中借助存儲示波器反復(fù)測試,才發(fā)現(xiàn)一個值得注意的問題,我們可以查看單片機的時序: 單片機在串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時,只要將8位數(shù)據(jù)位傳送完畢,ti標(biāo)志即建立,但此時應(yīng)發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)位(若發(fā)送地址幀時)和停止位尚未發(fā)出。如果在這是關(guān)閉發(fā)送控制,勢必造成發(fā)送幀數(shù)據(jù)不完整。如果單片機多機通訊采用較高的波特率,幾條操作指令的延時就可能超過2位(或1位)數(shù)據(jù)的發(fā)送時間,問題或許不會出現(xiàn)。但是如果

8、采用較低波特率,如9600,發(fā)送一位數(shù)據(jù)需100s左右,單靠幾條操作指令的延時遠遠不夠,問題就明顯地暴露出來。接收數(shù)據(jù)時也同樣如此,單片機在接收完8個數(shù)據(jù)位后就建立起ri信號,但此時還未接收到第九位數(shù)據(jù)位(若接收地址幀時)和停止位。所以,接收端必須延時大于2位數(shù)據(jù)位的時間(1位數(shù)據(jù)位時間=1/波特率),再作應(yīng)答,否則會發(fā)生總線沖突。 3.總線上所連接的各單機的發(fā)送控制信號在時序上完全隔開。 為了保證發(fā)送和接收信號的完整和正確,避免總線上信號的碰撞,對總線的使用權(quán)必須進行分配才能避免競爭,連接到總線上的單機,其發(fā)送控制信號在時間上要完全隔離。 總之,發(fā)送和接收控制信號應(yīng)該足夠?qū)?以保證完整地接收

9、一幀數(shù)據(jù),任意兩個單機的發(fā)送控制信號在時間上完全分開,避免總線爭端。 程序流程框圖,參見圖2。其中:a)為發(fā)送流程圖;b)為接收流程圖。 注:延時t秒的取值:(1)傳送地址幀時,t2x(1/波特率),可以選取t=(1/波特率)。 (2)傳送數(shù)據(jù)幀時,t1x(1/波特率),可以選取t=(1/波特率)。 四、通信線的選擇和安裝處理 由于男女宿舍分兩個區(qū)域,主機與各分機相距最長達786米,64kbps的高頻傳輸速度對通訊線要求較高,必須滿足以下要求: 1.抗干擾能力強。雖然總線末端接一個匹配電阻,吸收總線上的反射信號,保證正常傳輸信號干凈;從而增加了總線抗干擾的能力。但是,我們在鋪設(shè)通信線時還是選擇

10、外面加屏蔽網(wǎng)的。因為從地下穿管暗敷與電訊并行,又與校園廣播網(wǎng)交叉,且不可避免地與強電靠近;這些外界的高次諧波會由屏蔽網(wǎng)隔離,從而減少干擾。 2.消除通信線自身分布電容,長距離的,極高的頻率,平行的雙導(dǎo)線不是最佳選擇,較密的雙絞線可以消除通信線自身分布電容。 3.減少中間接頭,長距離通訊,中間必然接頭,接頭的存在會影響信號的傳輸,在與廠方訂貨時,就一步到位把正根線長度加大。但過長的導(dǎo)線施工起來很不方便,采取把接頭放在室內(nèi)橋架內(nèi),便與處理和維護。 4.具備較小的阻值和較高的機械強度,滿足要求的選擇2截面的br高密雙絞屏蔽導(dǎo)線,內(nèi)加纖維抗拉筋。地埋于-米深度,穿直徑50波紋管內(nèi)保護,在轉(zhuǎn)彎處加轉(zhuǎn)角井,留有一定余量備伸縮。墻面橋架內(nèi)穿管保護。如圖: 參考文獻: 1肖金球等.一種多智能儀表dcs系統(tǒng)的研究.微計算機信